a) Tích hợp tối ưu
• tỷ lệ trọng lượng trên công suất thấp hoặc cần ít không gian
• các tùy chọn sắp xếp hoặc điều chỉnh linh hoạt của các bộ phận cơ khí, điện, tín hiệu và thủy lực
• không phát sinh tiếng ồn, dao động tần số không bị nhiễu điện từ. b) Phương thức hoạt động, độ tin cậy và an toàn
• Tiêu hao năng lượng tối đa khi phanh động cơ
• Tuổi thọbình thường là 8.000 giờ khoảng 300.000 km • tự giám sát / chẩn đoán
• chức năng an toàn ISO WD 26262, tuân thủ phân loại ASIL B mức độ an toàn trên ô tô.
c) Điều kiện môi trường xung quanh
• Cấp độ bảo vệ chống nước IP6K9K (cách ly bụi, làm sạch hơi nước, v.v.) hoặc IP6K7K (ngâm nhanh, sốc nhiệt), phân biệt theo ứng dụng
• Hoạt động trong môi trường nhiệt độ xung quanh -40 đến 140 ˚C • khảnăng chống ăn mòn thử nghiệm phun muối 720 giờ
• Yêu cầu rung và sốc lên đến 1000 m/s2, khác biệt theo ứng dụng d) Yêu cầu vềđiện
• Điện áp nguồn trên bo mạch 9–16 V
• Dòng điện cung cấp trên bo mạch I <115 A, phân biệt theo ứng dụng • dòng điện tĩnh khi chưa hoạt động I< 100 µA
• Bảo vệ điện áp ngược.
Tín hiệu đầu vào đến mô-đun điều khiển EHPS: Tốc độ xe, Vận tốc góc lái, Tốc độđộng cơ
- Tốc độ xe & thay đổi tốc độ góc lái → Bản đồ điều khiển động cơ (ECM) → Thay đổi lưu lượng và áp suất bơm → Van điều khiển thủy lực → Thay đổi nỗ lực lái.
Để khởi động điều khiển hệ thống bình thường, điều kiện sau phải được đáp ứng.
1) Điện áp ắc qui cao hơn 10,5V
2) Tốc độđộng cơ cao hơn 500 vòng / phút 3) Tất cả các tín hiệu qua CAN phải nhận.
Hình 2. 22: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển bộ trợ lực
Bộđiều khiển EHPS hoạt động dựa trên việc xử lý các tín hiệu đầu vào gồm: Tín hiệu tốc độ xe, tín hiệu vị trí góc lái, tín hiệu điện áp nguồn, tín hiệu điện áp công tắc máy. Dựa trên tín hiệu vị trí góc lái bộ EHPS tính toán lực đánh lái.
Bằng một số thuật toán được bộ EHPS so sánh tốc độ xe và lực đánh lái để điều khiển tốc độmô tơ bơm đạt áp suất và lưu lượng theo yêu cầu.
Mô-men xoắn của bánh xe phụ thuộc vào lưu lượng thể tích của van xoay và cũng vào lưu lượng thể tích của mô tơ bơm. Nếu lưu lượng thể tích tăng lên, góc xoắn thấp hơn (mô men xoắn nhỏ hơn) sẽ tạo sự chênh lệch áp suất ảnh hưởng đến cảm giác lái nên bộ MPU sử dụng 1 van giảm áp để điều chỉnh áp suất phù hợp với lực đánh lái và tốc độ xe. EHPS Control Module Tín hiệu công tắc máy · SAS · Tín hiệu tốc độ xe · Tín hiệu vị trí góc lái MPU Motor High Low Điện áp ắc qui CAN
a)Biểu đồ áp suất và mô men đánh lái theo
tốc độ xe
b)Biểu đồ áp suất và mô men đánh
lái theo tốc độmô tơ bơm
Hình 2. 23: Biểu đồ tính toán áp suất và mô men đánh lái
Biểu đồ áp suất và mô men đanh lá theo đường cong thể hiện độ mở của van xoay . Sự gián đoạn của đường cong áp suất với mô-men xoắn cao hơn so với bơm thủy lực dẫn động từđộng cơ. Một số loại mô tơ điện được điều khiển quay trên tốc độ định danh tuy nhiên để đảm bảo an toàn van xả áp hoạt động khi áp suất trên 110Bar.
Hình 2. 24: Sơ đồđiều khiển hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử trên xe BMW
Bài Tập
Câu 1: Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thốnglái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử ?
Chương 3:HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ
Mục tiêu: Học xong bài này, người học có khả năng:
Trình bày được cấu tạo của hệ thống lái trợ lực điện điều khiển điện tử;
Xác định được các tín hiệu và cảm biến của hệ thống lái trợ lực điện điều
khiển điện tử;
Phân tích được hoạt động của hệ thống lái trợ lực điện điều khiển điện tử;
3.1. Cấu tạo cơ cấu lái trợ lực điện điều khiển điện tử 3.1.1. Tổng quan
Việc thay đổi hệ thống thủy lực sang hệ thống lái hoàn toàn bằng điện (Hệ thống lái trợ lực điện, EPS) đang được sử dụng trên hầu hết ô tô trong những năm qua. Hệ thống lái EPS ban đầu giới hạn ở các loại ô tô cỡ nhỏ, vì công nghệ phát triển động cơ điện bị giới hạn. Tuy nhiên, các dòng động cơ điện nhỏ gọn công suất lớn và kiểm soát số vòng quay phát triển nhanh nên hệ thống lái EPS được áp dụng trên xe du lịch.
Ưu điểm của hệ thống lái trợ lực điện so với hệ thống lái HPS là hệ thống lái chỉ hoạt động khi đánh lái. Đối với hệ thống lái HPS bơm dầu trợ lực lái hoạt động liên tục do động cơ dẫn động dẫn đến tiêu tốn nhiều công suất động cơ. Lượng khí CO2 và nhiên liệu tiêu thụ giảm đối với ô tô sử dụng hệ thống lái EPS.
Hình 3. 1: Phân loại một số hệ thống lái EPS theo công suất và lực đánh lái
Một ưu điểm khác của EPS là chức năng bổ sung đáp ứng các yêu cầu cao hơn về an toàn của xe, sự thoải mái khi lái xe và hỗ trợngười lái.
Hỗ trợđỗ xe, dẫn hướng xe tựđộng vào điểm đỗ bằng cách can thiệp vào tay lái. Các hệ thống như cảnh báo lệch làn đường, hệ thống cảnh báo người lái xe bằng cách xác định mô men tác động lên hệ thống lái. Do đó, các chức năng như cảnh báo lệch làn đường góp phần cải thiện an toàn đường bộ.
3.1.2. Cấu tạo
Hệ thống lái trợ lực điện (EPS) có kết cấu bố trí chung trình bày trên hình
3.2. Hệ thống lái giữ nguyên cấu trúc của hệ thống lái bánh răng - thanh răng 1 (không trợ lực thông dụng trên ô tô con) và bố trí: động cơ điện DC 2, hộp số truyền 3, cảm biến góc quay vành lái 4, cảm biến tốc độ 5 và bộ vi xử lý 6. Động cơ điện 2, sử dụng nguồn điện 1 chiều, được bố trí mắc song song với vành lái qua hộp giảm tốc 3.
1. Cơ cấu lái (CCL)
2. Động cơđiện DC 3. Hộp giảm tốc 4. Bộ cảm biến lái 5. Cảm biến tốc độ ô tô 6. Bộ kiểm soát tốc độ 7. Đèn báo EPS 8. Đường dẫn điện
Hê thống điện EPS sử dụng: một bộ gồm hai cảm biến 4 đặt giữa vành lái với hộp giảm tốc. Cảm biến xác định góc quay trên vành lái, cảm biên xác định mô men cản quay vòng của bánh xe dẫn hướng.
Chương trinh điều khiển động cơ DC bao hàm: các trạng thái cụ thể của kết cấu, đặc tính quay vòng cơ sở của ô tô, đặc tính quay vòng động của ô tô, các trạng thái nguy hiểm, mức độ trợ lực, giảm chấn của hệ thống, các chức năng chẩn đoán và các thông tin tông quát chung của xe. Từ những thông tin trên, hệ thống EPS đưa ra các tín hiệu điều khiển động cơ 2.
Hệ thống cho phép có khả năng xử lý rộng rãi nhiều thông tin liên quan tới khảnăng quay vòng của ô tô, hoàn thiện chất lượng điêu khiên và quay vòng.
3.1.3. Phân loại
3.1.3.1. Hệ thống lái EPSc
Hệ thống lái EPSc giống hệ thống lái EPS ra đời trước đây. Năm 1988, hệ thống lái EPS được trang bị trên xe Suzuki Cervo (Stoll và Reimpell 1992) tuy nhiên, hệ thống lái EPS chỉđược sử dụng trên dòng xe nhỏ có lực thanh răng và trợ lực lái rất thấp. Ngày nay, EPSc cũng được sử dụng trong các loại xe hạng trung. Do sự phát triển các vật liệu mới cho bánh răng trợ lực, trục lái giúp truyền mô-men xoắn cao hơn.
Bộ trợ lực của hệ thống lái EPSc được đặt bên trong khoang nội thất ô tô giúp giản tác động nhiệt từ động cơ. Phạm vi nhiệt độ thấp hơn từ −40 đến 850C trong khi khoang động cơ yêu cầu −40 đến 1250C. Đối với các hệ thống trợ lực lái khác đáp ứng yêu cầu nhiệt độ đòi hỏi việc chế tạo phức tạp.
Tuy nhiên, hệ thống lái EPSc có một số hạn chế sau:
Động cơđiện trợ lực được đặt rất gần người lái và có thể nghe thấy dễ dàng. Bộ trợ lực sử dụng cơ cấu trục vít- bánh vít trong đó, trục vít được lắp ở trục động cơ của động cơ điện, bánh vít gắn trên trục lái. Giới hạn về bánh răng trục vít nên không thể truyền mô men xoắn lớn.
Hình 3. 3: Câu tạo hệ thống lái EPSc
Đối với mô men xoắn cao hơn, chúng phải được bố trí chắc chắn hơn và do đó, đắt hơn. Cấu hình dễ nhất của các phần tử trượt như vậy là một thanh trượt bằng nhựa đơn giản. Mômen truyền cao hơn bắt buộc phải có vòng bi kim loại đắt tiền.
3.1.3.2. Hệ thống lái EPSp
Bộ trợ lực của EPSp được đặt ngay tại bánh răng lái (Hình 3.4). Mômen trợ lực do động cơ điện tạo ra được đến bánh răng và thanh răng. Hệ thống có thể đạt được công suất lái cao hơn so với hệ thống lái EPSc, bởi vì các lực không cần được truyền dọc theo trục lái chính và trục lái trung gian. Vì bộ trợ lực EPSp (động cơ và ECU) đặt trong khoang động cơ, nên nó phải đáp ứng các yêu cầu cao hơn về nhiệt độ, mật độ bốtrí và độ rung so với hệ thống lái EPSc. Bộ trợ lực chỉ có thể quay quanh trục của bánh răng lái. Một vấn đề khác là bộ trợ lực nằm gần chân người lái xe. Do đó, cần đảm bảo rằng bộ trợ lực không thể xâm nhập vào khoảng trống của chân khi va chạm.
Hình 3. 4: Cấu tạo hệ thống lái EPSp hãng NXP
3.1.3.3. Hệ thống lái EPSdp
Hệ thống lái EPSdp sử dụng bộ trợ lực EPS được gắn ở bánh răng thứ hai (Hình 3.5). Hãng xe Volkswagen lắp đặt đầu tiên trên dòng xe VW GOLF vào năm 2002.
Việc lắp đặt bộ trợ lực ở bánh răng thứ hai trên cùng một thanh răng cho phép tách bộ cảm biến và bộ truyền động. Vì tỷ số truyền bánh răng truyền động chính độc lập với tỷ số lái nên có thể bố trí tối ưu công suất. Công suất hệ thống lái EPSdp cao hơn 10–15% so với công suất của EPSc hoặc EPSp.
Hình 3. 5: Cấu tạo hệ thống lái EPSdp
Bộ trợ lực có thể được định vị bằng một bánh răng thứ 2 được điều chỉnh phù hợp, góc quay 3600 theo hướng tâm tới thanh răng và trục bánh răng truyền động chính. Độđáp ứng nhanh tuy nhiên, không gian lắp đặt rất khó.
Hình 3. 6: Một số hệ thống lái EPSdp của hãng ZF
3.1.3.4. Hệ thống lái EPSapa
Hệ thống lái EPSapa với ổ trục song song trên thanh răng hệ thống lái. Bộ trợ lực được tạo ra bởi động cơ điện truyền động tới thanh răng nhờ sự kết hợp của trục vít me bi và bộ truyền động đai. Trục vít me biến chuyển động quay của động cơđiện thành chuyển động của thanh răng.
Bộ trợ lực được bố trí có thể được xoay xung quanh vỏcơ cấu lái. Hệ thống lái EPSapa hoạt động chính xác, khắc phục tiếng ồn do sử dụng bộ truền động đai. Với ưu điểm công suất lớn , vì vậy nó được sử dụng rộng rãi trên các xe hạng sang cỡ lớn, xe cao cấp nhấn mạnh tính năng động cũng như xe thể thao, bao gồm cả Porsche 991.
Hình 3. 7: Hệ thống lái trên xe Porsche 991
1.Cơ cấu truyền động trục vít me 7.Nắp đậy
2.Thanh răng 8.Dây dẫn tín hiệu cảm biến mô men
3.Trục bánh răng 9. Bộđiều khiển EPS
4.Cảm biến mô men 10.Động cơ điện
5.Bọc cao su 11.Bộ truyền động đai
6.Thanh nối 12.Hộp giảm tốc
Hình 3. 8: Cấu tạo hệ thống lái EPSapa
Bộ truyền động đai được sử dụng giảm tiếng ồn khi động cơ điện truyền động đến trục vit me bi. Dây đai đã được phát triển đặc biệt cho hệ thống lái EPSapa với góc xoắn 50, do đó đảm bảo sựăn khớp của răng không gặp sự cố và âm thanh được tối ưu hóa. Toàn bộ hệ thống lái có thể kéo hoạt động kéo dài hơn 15 năm mà không cần bảo dưỡng.
Hình 3. 9: Cấu tạo bộ trợ lực hệ thống lái EPSapa
3.1.3.5. Hệ thống lái EPSrc
Hệ thống lái EPSrc sử dụng trục vít me làm bánh răng để truyền chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của thanh răng. Khác với hệ thống lái EPSapa, trục vít me bi được điều khiển trực tiếp bằng động cơ điện. Phần lõi rotor trục rỗng, đồng tâm với thanh răng. Động cơđiện điều khiển yêu cầu cao về mô men xoắn thường sử dụng động cơ servo.
Hình 3. 10: Cấu tạo hệ thống lái EPSrc
Bộ trợ lực được gắn đồng tâm trên thanh răng nên hệ thống lái EPSrc rất nhỏ gọn, động cơ điện của hệ thống lái EPSrc và trục vít bi của nó chỉ có thể bố trí được